背景技術(shù)：

音頻頭戴式耳機(jī)一般包括由頭帶連接的兩個(gè)耳機(jī)。每個(gè)耳機(jī)包括容納聲音再現(xiàn)換能器并且旨在通過(guò)插入將耳朵與外部聲音環(huán)境隔離的罩耳墊來(lái)施加在用戶耳朵周圍的閉合外殼。

還存在“入耳式”類型的耳機(jī)，其具有放置在耳道中的元件，因此沒(méi)有圍繞或覆蓋耳朵的墊，或者還有“耳塞式”型，其中的元件在超出耳道的耳廓的中空部中突出。

在下文中，主要將涉及“頭戴式”類型的耳機(jī)，其具有容納在圍繞耳朵(“罩耳式”頭戴式耳機(jī))或者靠在耳朵上(“壓耳式(supra-aural)”頭戴式耳機(jī))的外殼中的換能器，但是此示例不能被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)檎缢斫獾模景l(fā)明也可被應(yīng)用于“入耳式”、“耳塞式”或類似類型的耳機(jī)。

在任何情況下，頭戴式耳機(jī)可被用于收聽(tīng)來(lái)自諸如MP3播放器、收音機(jī)、智能電話等裝置的音頻源(例如音樂(lè))，該頭戴式耳機(jī)通過(guò)有線連接或通過(guò)無(wú)線連接(尤其是藍(lán)牙鏈接(注冊(cè)商標(biāo)))連接到該裝置。

由于麥克風(fēng)組，也有可能將頭戴式耳機(jī)用于通信功能(諸如“免提”電話功能)，作為音頻源收聽(tīng)的補(bǔ)充。頭戴式耳機(jī)換能器隨后再現(xiàn)該頭戴式耳機(jī)佩戴者與之對(duì)話的遠(yuǎn)程說(shuō)話者的語(yǔ)音。

例如，在EP 2 518 724 A1，EP 2 930 942 A1和EP 2 945 399 A1(所有三個(gè)都以Parrot的名義)中描述了這種組合的微型頭戴式耳機(jī)單元。

當(dāng)在嘈雜環(huán)境(地鐵、繁華街道、火車、飛機(jī)等)中使用頭戴式耳機(jī)時(shí)，佩戴者部分地受到頭戴組件耳機(jī)的保護(hù)而免受噪聲，該耳機(jī)借助閉合的外殼和罩耳墊將佩戴者隔離。實(shí)際上，由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)，頭戴式耳機(jī)像低通濾波器一樣被動(dòng)地衰減環(huán)境噪聲級(jí)，更強(qiáng)烈地衰減高頻。衰減的程度與頭戴式耳機(jī)的機(jī)械參數(shù)直接地相關(guān)，基本上與其質(zhì)量和剛度直接相關(guān)。諸如EP 0 414 479 A2和US 8 358 799 B1的文檔描述了優(yōu)化該被動(dòng)濾波功能的各種技術(shù)。

然而，這種純被動(dòng)式保護(hù)僅僅是部分的，一部分聲音(尤其是頻譜中的低頻部分)能夠穿過(guò)耳機(jī)外殼或經(jīng)由佩戴者的頭顱被傳送到耳朵。

這就是之所以開(kāi)發(fā)所謂的“主動(dòng)噪聲控制”即ANC技術(shù)的原因，ANC技術(shù)的原理包括拾取入射噪聲分量并且在時(shí)間和空間上將一聲波疊加到此噪聲分量上，該聲波在理想情況下是該噪聲分量的壓力波的反轉(zhuǎn)副本。問(wèn)題是要?jiǎng)?chuàng)建與該噪聲分量的相消干擾并且減少(在理想情況下抵消)雜散聲波的壓力的變動(dòng)。

EP 2 597 889 A1(Parrot公司)描述了一種頭戴式耳機(jī)，該頭戴式耳機(jī)具有將閉環(huán)反饋和開(kāi)環(huán)前饋類型的濾波操作進(jìn)行組合的ANC系統(tǒng)。反饋濾波路徑接收由放置在耳朵附近的耳機(jī)外殼內(nèi)的麥克風(fēng)收集的信號(hào)，拾取由換能器產(chǎn)生的聲音和在耳機(jī)的腔中仍可感知的未被抵消的殘留噪聲。前饋濾波路徑使用由外麥克風(fēng)拾取的信號(hào)，該外部麥克風(fēng)收集存在于頭戴式耳機(jī)的佩戴者的直接環(huán)境中的雜散噪聲。最后，第三濾波路徑處理來(lái)自要再現(xiàn)的音樂(lè)源的音頻信號(hào)。三個(gè)濾波路徑的輸出信號(hào)被組合并且應(yīng)用于換能器來(lái)再現(xiàn)與周圍噪聲的抑制信號(hào)(內(nèi)部麥克風(fēng)的信號(hào)，從其中減去音樂(lè)源的音頻信號(hào)，構(gòu)成用于ANC系統(tǒng)的反饋回路的誤差信號(hào))相關(guān)聯(lián)的音樂(lè)源信號(hào)。

但是，在某些情況下，ANC系統(tǒng)對(duì)周圍噪聲的衰減可能是麻煩的，于是造成頭戴式耳機(jī)的使用是不合適的：

–因此，用戶有時(shí)希望自然地感知他自己的聲音：例如，當(dāng)頭戴式耳機(jī)提供“免提”電話功能時(shí)，頭戴式耳機(jī)佩戴者希望能夠通過(guò)就像他沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)一樣的方式感知他自己的聲音的方式與遠(yuǎn)程說(shuō)話者或與在他附近的人交談；

–在其他情況下，用戶希望完全地感知他所處的環(huán)境，以便例如聽(tīng)到汽車通行來(lái)評(píng)估車輛的距離或者聽(tīng)到警報(bào)信號(hào)、由公共交通服務(wù)的駕駛員廣播的消息等。

這兩種現(xiàn)象是隔音或“閉合式”類型的頭戴式耳機(jī)所特有的。實(shí)際上，所謂的“閉合式”頭戴式耳機(jī)與所謂的“開(kāi)放式”頭戴式耳機(jī)的區(qū)別在于，第一組頭戴式耳機(jī)具有完全關(guān)閉(或在通風(fēng)口存在的情況下部分關(guān)閉)的后腔，于是創(chuàng)建一定程度的隔音，而第二組頭戴式耳機(jī)在換能器的后部只有非常低的阻抗。開(kāi)放式的頭戴式耳機(jī)只有輕微的隔音，因此只產(chǎn)生一點(diǎn)遮擋。但是，由于它們輕微的隔音特性，它們很少被人以游走的方式使用，而是被用作高保真休閑頭戴式耳機(jī)或演播室頭戴式耳機(jī)；此外，換能器向外部發(fā)散被再現(xiàn)的聲音的一部分，并且該聲音可被周圍的人聽(tīng)到并使人感到惱火。

關(guān)于上述的第一個(gè)缺點(diǎn)，即用戶對(duì)他自己聲音的感知，當(dāng)人發(fā)出語(yǔ)音分量時(shí)，振動(dòng)從聲帶傳播到咽部和口鼻腔，在那里它被調(diào)制、放大和表達(dá)?？谇弧④涬?、咽部、鼻竇和鼻窩用作這種聲音的諧振腔，并且它們的壁是彈性的，它們自身振動(dòng)，并且這些振動(dòng)通過(guò)內(nèi)部骨傳導(dǎo)直接傳輸?shù)绞茉囌叩亩洹?/p>

在沒(méi)有頭戴式耳機(jī)的情況下，當(dāng)耳朵沒(méi)有被阻塞時(shí)，通過(guò)骨傳導(dǎo)傳播到耳道的聲音被非常弱地感知，因?yàn)樗鼈兂蛳鄬?duì)于鼓膜具有最低的聲阻抗的耳朵外部排出。

另一方面，當(dāng)佩戴頭戴式耳機(jī)時(shí)，該頭戴式耳機(jī)完全或部分地阻塞耳道，即它在耳道的外端處引入高聲阻抗：該阻抗導(dǎo)致在通過(guò)骨傳導(dǎo)傳播的聲音的耳道內(nèi)引起的共振，并且因此導(dǎo)致相對(duì)于耳道打開(kāi)的情況的聲音信號(hào)的低頻部分的放大，其具有在500Hz以下20dB量級(jí)的上升。用戶于是以更靜音的方式感知他的聲音。

這種現(xiàn)象(下文稱為“遮擋”)以已知的方式影響助聽(tīng)器的佩戴者，并且在本上下文中已提出各種解決方案以彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

被動(dòng)解決方案包括在耳道的腔與外部環(huán)境之間提供壓力平衡的事件作為穿過(guò)聽(tīng)覺(jué)假體的管道。

使用麥克風(fēng)和反饋濾波的主動(dòng)解決方案也已被提出，如在US 2006/0120545 A1(US 7 477 754 B2)中的那樣，其可能具有自適應(yīng)調(diào)整，如在WO 2006/037156 A1(EP 1 795 045 B1)中的那樣：當(dāng)反饋濾波被激活以抑制遮擋效應(yīng)時(shí)，前饋濾波支路于是被修改以不受所引入的反饋濾波的影響。

通常，如果這些各種方法允許抑制遮擋效應(yīng)，則它們不允許向用戶呈現(xiàn)外部聲音，就好像他沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)一樣。

就某些情況下盡管佩戴頭戴式耳機(jī)仍能感知聲音環(huán)境的可能性，已經(jīng)提出了各種技術(shù)，例如在US 2009/0034748 A1中，其根據(jù)對(duì)外部事件的自動(dòng)評(píng)估來(lái)適配前饋支路的主動(dòng)衰減的程度。在安全模式中，例如在檢測(cè)到超過(guò)預(yù)定義閾值的外部噪聲級(jí)之后可降低衰減程度，以便允許用戶更清楚地感知外部環(huán)境。US2010/0272284 A1(US 8 155 334 B2)也提出了該功能，其中，根據(jù)用戶的命令，只有位于語(yǔ)音通帶之外的頻率保持衰減，以便允許用戶聽(tīng)到外部揚(yáng)聲器。在更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，還有可能通過(guò)按下按鈕來(lái)同時(shí)抑制噪聲的主動(dòng)衰減和由耳機(jī)廣播的音樂(lè)兩者以更好地感知環(huán)境。

但是如果這些各種技術(shù)允許部分地補(bǔ)償頭戴式耳機(jī)的被動(dòng)衰減，則這些技術(shù)對(duì)遮擋現(xiàn)象沒(méi)有影響。

問(wèn)題的困難來(lái)自于以下事實(shí)：如果通過(guò)靜態(tài)方法實(shí)現(xiàn)解決上述兩個(gè)缺點(diǎn)(由用戶放大他自己的聲音和外部噪聲的可變衰減)的解決方案則將產(chǎn)生矛盾的解決方案。

例如，如果希望衰減對(duì)用戶自己的話音的放大，則通常需要(經(jīng)由反饋/前饋濾波操作)將低于300Hz的頻率衰減至少15dB。在這種情況下，校正也將作用于處于這些頻率的外部噪聲(通常是希望被抑制的雜散噪聲(汽車或火車滾動(dòng)的噪聲))，使得通過(guò)補(bǔ)償這些現(xiàn)象之一，將降低雜散噪聲的自然衰減。

US 2014/0126736 A1(US 8 798 283 B2)提出了一種解決方案，其中在“自然環(huán)境恢復(fù)”模式(其中用戶希望感知聲音環(huán)境)中使用的反饋濾波器與所謂的“噪聲消除”模式(其中頭戴式耳機(jī)在常規(guī)ANC模式中操作)中的濾波器相同，而相對(duì)于ANC模式修改了前饋濾波器，以便最多達(dá)到所謂的“自然環(huán)境”目標(biāo)響應(yīng)，就如同沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)一樣。反饋濾波器主要在1000Hz以上有效并且衰減了遮擋效應(yīng)，但也衰減了所有外部噪聲。為了補(bǔ)償這一點(diǎn)，前饋濾波器在所有可聽(tīng)頻率帶(1kHz左右)立即再注入外部噪聲。

然而，該解決方案具有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：

–一方面，由于麥克風(fēng)的電氣系統(tǒng)以及在數(shù)字系統(tǒng)的情況下的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器引入的噪聲，高增益(在噪聲消除模式中通常大于20dB)的反饋濾波器的存在已產(chǎn)生對(duì)ANC系統(tǒng)是典型影響的顯著的可聽(tīng)到的嘶嘶聲。另一方面，經(jīng)由前饋濾波器再注入外部噪聲也將需要在該支路中的高增益來(lái)補(bǔ)償反饋濾波器的衰減，這將引入附加的嘶嘶聲；

–第二個(gè)缺點(diǎn)來(lái)自于系統(tǒng)通過(guò)高增益前饋濾波器再注入噪聲將對(duì)風(fēng)產(chǎn)生的影響變得非常敏感的事實(shí)：實(shí)際上，用于前饋濾波的外部麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號(hào)在存在風(fēng)的情況下將被降級(jí)，因?yàn)楹笳吒蓴_麥克風(fēng)膜的位移(尤其在位于1kHz以上的頻率中)。該降級(jí)產(chǎn)生所有更顯著的效果使得前饋濾波器i)具有高增益，以及ii)在擴(kuò)展的頻率范圍上協(xié)作－這正是本文的情況。

US 2014/0126734 A1描述了上述US 2014/0126736 A1的變體，其中通過(guò)分析由內(nèi)部反饋麥克風(fēng)拾取的聲波來(lái)提供對(duì)語(yǔ)音的存在或不存在的自動(dòng)檢測(cè)(由于喉部和耳道之間的骨傳導(dǎo)的傳播，當(dāng)使用者說(shuō)話時(shí)拾取增加的聲壓)。在語(yǔ)音被檢測(cè)到的情況下，激活抗遮擋系統(tǒng)，同時(shí)修改前饋和反饋濾波器響應(yīng)。但是在上文中暴露的缺點(diǎn)仍未解決。

本發(fā)明的目的是通過(guò)提出一種允許通過(guò)純電子和數(shù)字手段來(lái)轉(zhuǎn)換“閉合式”類型的頭戴式耳機(jī)以模擬“開(kāi)放式”頭戴式耳機(jī)的技術(shù)來(lái)補(bǔ)救這些不同的缺點(diǎn)和限制，該技術(shù)具有：

–當(dāng)用戶說(shuō)話時(shí)抑制遮擋現(xiàn)象，使得用戶自然地感知他的聲音，就好像他沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)并且不再以靜音方式感知自己的聲音；以及

–根據(jù)需要主動(dòng)抑制頭戴式耳機(jī)的被動(dòng)隔音，使得用戶具有以下能力：正常使用用戶的具有伴隨的隔音的閉合式頭戴式耳機(jī)，或者通過(guò)純電子和數(shù)字手段來(lái)“打開(kāi)”閉合式的頭戴式耳機(jī)(通過(guò)激活允許用戶如實(shí)地感知環(huán)境以收聽(tīng)由揚(yáng)聲器廣播的消息從而更好地聽(tīng)到汽車通行等的功能)。

如將看見(jiàn)，本發(fā)明基于對(duì)聲音活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的使用，該聲音活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)控制反饋和前饋濾波器對(duì)在存在或不存在檢測(cè)到的語(yǔ)音的情況下的適應(yīng)性適配。

本發(fā)明適用于包括混合ANC主動(dòng)噪聲控制(包括反饋濾波路徑和前饋濾波路徑)的所有閉合式頭戴式耳機(jī)(無(wú)論它們是“罩耳式”、“壓耳式”類型還是“入耳式”類型的耳機(jī))。

更確切地，本發(fā)明的目的是這樣一種頭戴式耳機(jī)，該頭戴式耳機(jī)以上述US 2014/0126734 A1本身已知的方式包括兩個(gè)耳機(jī)，其中每個(gè)耳機(jī)包括用于要再現(xiàn)的音頻信號(hào)的聲音再現(xiàn)的換能器，該換能器被容納在耳聲腔中。

該頭戴式耳機(jī)包括主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)，該主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)具有：

–內(nèi)部麥克風(fēng)，該內(nèi)部麥克風(fēng)被放置在所述聲腔內(nèi)并且被適配成遞送第一信號(hào)；

–外部麥克風(fēng)，該外部麥克風(fēng)被放置在所述聲腔外并且被適配成遞送第二信號(hào)；以及

–數(shù)字信號(hào)處理器，包括：

·閉環(huán)反饋支路，該閉環(huán)反饋支路包括被適配成向由內(nèi)部麥克風(fēng)遞送的所述第一信號(hào)應(yīng)用反饋濾波傳遞函數(shù)HFB的反饋濾波器；

·開(kāi)環(huán)前饋支路，該開(kāi)環(huán)前饋支路包括被適配成向由所述外部麥克風(fēng)遞送的所述第二信號(hào)應(yīng)用前饋濾波傳遞函數(shù)HFF的前饋濾波器；以及

·混合裝置，其接收由反饋濾波器的出口處的反饋支路和前饋濾波器的出口處的前饋支路遞送的信號(hào)以及要再現(xiàn)的可能的音頻信號(hào)作為輸入，并且遞送被適配成引導(dǎo)換能器的信號(hào)作為輸出。

該頭戴式耳機(jī)進(jìn)一步包括被適配成操作抗遮擋控制和對(duì)由頭戴式耳機(jī)引入的被動(dòng)衰減的消除的各個(gè)裝置，其中包括：

–用于檢測(cè)頭戴式耳機(jī)用戶的語(yǔ)音活動(dòng)的裝置，該裝置被適配成區(qū)分頭戴式耳機(jī)用戶的語(yǔ)音活動(dòng)的存在情況和不存在情況；以及

–用于選擇性地根據(jù)語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)的當(dāng)前結(jié)果在施加到反饋和前饋濾波器的兩對(duì)不同的傳遞函數(shù){HFB，HFF}之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換的裝置。

本發(fā)明的特征在于，在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下，選擇由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到前饋濾波器以操作被動(dòng)衰減的所述消除的前饋濾波傳遞函數(shù)的參數(shù)，以便在包括至少100和300Hz之間的頻率范圍內(nèi)提供第一前饋濾波增益，該第一前饋濾波增益低于在語(yǔ)音活動(dòng)存在的情況下由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到前饋濾波器以操作所述抗遮擋控制的前饋濾波傳遞函數(shù)的第二前饋濾波增益。

相反，在聲音活動(dòng)存在的情況下，可以選擇由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到反饋濾波器以操作所述抗遮擋控制的反饋濾波傳遞函數(shù)的參數(shù)，以便在包括至少100和300Hz之間的頻率范圍內(nèi)提供第一反饋濾波增益，該第一反饋濾波增益高于在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到反饋濾波器的反饋濾波傳遞函數(shù)的第二反饋濾波增益。

在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下，對(duì)于低于1kHz的頻率，第一前饋濾波增益可以具體為至多8dB，并且在語(yǔ)音活動(dòng)存在的情況下，在包括至少100和300Hz之間的頻率范圍內(nèi)，第二前饋濾波增益可以具體為至少10dB。

在語(yǔ)音活動(dòng)存在的情況下，在包括至少100和300Hz之間的頻率范圍內(nèi)，第一反饋濾波增益可以具體為至少15dB，并且在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下，對(duì)于包括在200Hz和1kHz之間的頻率，第二反饋增益可以具體為至多5dB。

此外，可以選擇在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到前饋和反饋濾波器的前饋和反饋濾波傳遞函數(shù)的參數(shù)，以便一起為低于1kHz的頻率提供低于在話音活動(dòng)存在的情況下由動(dòng)態(tài)切換裝置施加的前饋和反饋濾波傳遞函數(shù)所提供的嘶嘶聲。

具體地，可以選擇由動(dòng)態(tài)切換裝置施加到前饋濾波器的前饋和反饋濾波傳遞函數(shù)的參數(shù)，以便一起為低于1kHz的頻率提供接近外部噪聲的最終恢復(fù)，該外部噪聲的最終恢復(fù)接近由在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下由動(dòng)態(tài)切換裝置施加的前饋和反饋濾波傳遞函數(shù)所提供的外部噪聲，以便避免在切換時(shí)的可聽(tīng)到的不連續(xù)。

在本發(fā)明的有利的特定的實(shí)施例中，前饋濾波器是在多個(gè)可選擇性切換的預(yù)先配置的前饋濾波器之間的一個(gè)。數(shù)字信號(hào)處理器然后進(jìn)一步包括：用于分析由內(nèi)部麥克風(fēng)遞送的所述第一信號(hào)(e)的裝置，該裝置被適配成驗(yàn)證該第一信號(hào)的電流特性是否驗(yàn)證一組預(yù)定的準(zhǔn)則；以及選擇裝置，該選擇裝置被適配成根據(jù)由分析裝置對(duì)第一信號(hào)的特性執(zhí)行的第一組準(zhǔn)則的驗(yàn)證結(jié)果來(lái)選擇預(yù)先配置的前饋濾波器中的一個(gè)。

第一信號(hào)的電流特性可具體包括該第一信號(hào)在多個(gè)頻帶中的能量值，預(yù)定的準(zhǔn)則包括與所述能量值進(jìn)行比較的一系列相應(yīng)的閾值。

最后，預(yù)定的準(zhǔn)則的集合還進(jìn)一步包括要再現(xiàn)的音頻信號(hào)的存在與否的準(zhǔn)則。然后提供兩個(gè)不同系列的相應(yīng)的閾值，將它們對(duì)所述能量值進(jìn)行比較，根據(jù)是否存在要再現(xiàn)的音頻信號(hào)來(lái)選擇這兩個(gè)系列中的一個(gè)或另一個(gè)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相同或功能上相似的元素。

圖1一般地示出了放置在用戶頭上的組合的麥克風(fēng)－頭戴式耳機(jī)單元。

圖2是示出不同聲音和電信號(hào)以及涉及主動(dòng)噪聲控制音頻頭戴式耳機(jī)的操作的基本功能塊的示意表示。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的頭戴式耳機(jī)的各耳機(jī)之一的正視截面圖，其示出該耳機(jī)的各機(jī)械元件和電機(jī)部件的配置。

圖4a和4b分別示出了在有和沒(méi)有由用戶佩戴的頭戴式耳機(jī)以及在沒(méi)有信號(hào)的任何電子處理的情況下獲得的語(yǔ)音和周圍噪聲的聲信號(hào)的頻譜。

圖5示意性地示出了作為功能塊的允許根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行抗遮擋處理的主要元件。

圖6是示出由設(shè)備收集的不同信號(hào)被組合在一起的方式以及應(yīng)用的傳遞函數(shù)的流程圖。

圖7a和7b分別示出了具有和不具有根據(jù)本發(fā)明允許獲得抗遮擋和被動(dòng)衰減消除的效果的電子處理的在頭戴式耳機(jī)佩戴者的耳朵處拾取的語(yǔ)音和周圍噪聲的聲信號(hào)的頻譜。

圖8以幅度和相位示出了在存在語(yǔ)音的情況下和在沒(méi)有語(yǔ)音的情況下由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的反饋濾波器的圖。

圖9以幅度和相位示出了在存在語(yǔ)音的情況下和在沒(méi)有語(yǔ)音的情況下由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的前饋濾波器的圖。

圖10示意性地示出了作為功能塊的允許根據(jù)環(huán)境噪聲類型和等級(jí)動(dòng)態(tài)地適配抗遮擋處理的在本發(fā)明的改進(jìn)中的主要元件。

圖11更精確地示出了實(shí)現(xiàn)在反饋支路上收集的麥克風(fēng)信號(hào)的分析以及選擇要應(yīng)用于在前饋支路中被處理的信號(hào)的濾波器的功能的元件。

圖12是描述圖11的分析和選擇的功能的狀態(tài)機(jī)的操作的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的示例。

在圖1中示出了放置在其中的用戶頭上的組合的音頻麥克風(fēng)－頭戴式耳機(jī)單元。耳機(jī)本身以常規(guī)方式包括由保持頭帶12連接的兩個(gè)耳機(jī)10、10'，并且每個(gè)耳機(jī)包括在落在用戶耳廓上的外部外殼14，在外殼14與耳緣之間具有罩耳式柔性墊片16，該墊片旨在確保耳朵區(qū)域與外部聲音環(huán)境之間的令人滿意的松緊度(從聲音角度看)。

如介紹部分所指出的，具有容納在圍繞耳朵或靠在耳朵上的外殼中的換能器的“頭戴式耳機(jī)”類型的配置的這一示例不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)楸景l(fā)明也可應(yīng)用于包括放置在耳道內(nèi)的元件(因此該耳機(jī)沒(méi)有外殼和圍繞或覆蓋耳朵的墊片)的入耳式或耳塞式耳機(jī)。

圖2是示出不同聲音和電信號(hào)以及涉及ANC(主動(dòng)噪聲控制)音頻頭戴式耳機(jī)的操作的基本功能塊的示意表示。

耳機(jī)10包封有聲音再現(xiàn)換能器18(后文簡(jiǎn)稱為“換能器”)，該換能器由限定了兩個(gè)腔(即，耳側(cè)前腔22和對(duì)側(cè)的后腔24)的分隔件20承載。

前腔22由內(nèi)分隔件20、耳機(jī)的壁14、墊片16以及用戶頭部在耳朵區(qū)域內(nèi)的外表面限定。除了墊片16的接觸區(qū)域中的不可避免的聲音泄漏之外，該腔為閉合腔。除了允許獲得耳機(jī)前腔22中的低頻增強(qiáng)的聲音孔26之外，后腔24是閉合腔。

為了進(jìn)行主動(dòng)噪聲控制，內(nèi)部麥克風(fēng)28被放置在最接近耳朵的耳道的位置來(lái)拾取內(nèi)腔22中的聲信號(hào)，存在其中將被用戶感知的殘余噪聲分量的信號(hào)。噪聲的抵消從來(lái)不是完美的，該內(nèi)部麥克風(fēng)允許獲得被施加到閉環(huán)反饋濾波支路30的誤差信號(hào)e。

另一方面，一個(gè)(或幾個(gè))外部麥克風(fēng)32被放置在頭戴組件耳機(jī)的外殼上，以拾取耳機(jī)外部存在的周圍聲信號(hào)。由外部麥克風(fēng)32收集的信號(hào)被應(yīng)用到主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的前饋濾波級(jí)34。來(lái)自反饋支路30的信號(hào)和來(lái)自前饋支路34的信號(hào)在36中被組合來(lái)引導(dǎo)換能器18。

換能器18可進(jìn)一步接收來(lái)自音樂(lè)源(個(gè)人音樂(lè)播放器，收音機(jī)等)的要再現(xiàn)的音頻信號(hào)或來(lái)自手機(jī)應(yīng)用的遠(yuǎn)程說(shuō)話者的語(yǔ)音信號(hào)。由于此信號(hào)經(jīng)歷使其失真的閉環(huán)的影響，因此該信號(hào)將必須通過(guò)均衡進(jìn)行預(yù)處理以便呈現(xiàn)由開(kāi)環(huán)的增益和沒(méi)有主動(dòng)控制的目標(biāo)響應(yīng)所確定的期望的傳遞函數(shù)。

頭戴式耳機(jī)進(jìn)一步包括旨在通信功能(具體來(lái)說(shuō)是旨在確?！懊馓帷彪娫捁δ?的另一外部麥克風(fēng)38(圖1)。此附加的外部麥克風(fēng)38旨在拾取頭戴式耳機(jī)佩戴者的語(yǔ)音，其不干涉對(duì)噪聲的主動(dòng)控制，并且在下文中，該外部麥克風(fēng)38被認(rèn)為是僅在麥克風(fēng)32專用于主動(dòng)噪聲控制時(shí)由ANC系統(tǒng)使用的外部麥克風(fēng)。

圖3以截面視圖示出了用于耳機(jī)10之一(另一耳機(jī)10’被相同地制作)的圖2中示意性示出的各種機(jī)械和電聲元件的示例性實(shí)施例。我們從中可以看到，框架20將外殼14的內(nèi)部劃分成前腔22和后腔24，由網(wǎng)格承載的換能器18和內(nèi)部麥克風(fēng)28被安裝在該框架上，該網(wǎng)格將后者保持在使用者的耳道的附近。

振動(dòng)傳感器40(加速度計(jì)傳感器)被有利地合并到頭戴式耳機(jī)的一個(gè)耳機(jī)的墊片16上，以便通過(guò)覆蓋該耳墊的材料與使用者的下顎接觸。它因此起到允許在臉頰和太陽(yáng)穴處收集語(yǔ)音振動(dòng)的生理傳感器的作用，振動(dòng)具有本質(zhì)上很少被周圍噪聲破壞的特性：事實(shí)上，在存在外部噪聲的情況下，且無(wú)論外部噪聲的頻譜組成如何，面頰和太陽(yáng)穴的組織幾乎不振動(dòng)。

對(duì)這種振動(dòng)傳感器40的興趣來(lái)自于它允許獲得低頻率的信號(hào)(歸因于由傳播到太陽(yáng)穴的振動(dòng)的傳播生成的濾波)的事實(shí)，并且該信號(hào)自然地不含雜散噪聲分量，而在通常環(huán)境(街道，地鐵，列車等)中遇到的噪聲主要地集中在低頻。

圖4a和4b分別示出了在有和沒(méi)有由用戶佩戴的頭戴式耳機(jī)以及在沒(méi)有信號(hào)的任何電子處理的情況下在耳朵處收集的聲音信號(hào)、語(yǔ)音和周圍噪聲的頻譜。

更確切地，圖4a示出了在用戶的耳朵處測(cè)得的用戶的語(yǔ)音信號(hào)的頻譜：虛線的特性對(duì)應(yīng)于沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)的情況，而實(shí)線的特性是佩戴了頭戴式耳機(jī)但是該頭戴式耳機(jī)不具有根據(jù)本發(fā)明的抗遮擋處理的情況：應(yīng)當(dāng)注意，在低頻中，直到大約550Hz，由于遮擋的現(xiàn)象，語(yǔ)音信號(hào)被放大多達(dá)+20dB。相反，超過(guò)該頻率時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)主要通過(guò)氣道傳輸，因而其被頭戴式耳機(jī)的被動(dòng)機(jī)械元件衰減約-15dB的量級(jí)。

圖4b示出了在頭戴式耳機(jī)外部產(chǎn)生并且在用戶耳朵處測(cè)得的粉紅噪聲信號(hào)的頻譜。實(shí)線的特性對(duì)應(yīng)于沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)的情況，而虛線的特性對(duì)應(yīng)于佩戴頭戴式耳機(jī)但是該頭戴式耳機(jī)仍然不具有根據(jù)本發(fā)明的抗衰減處理的情況：可注意到，外部噪聲在大約200Hz的頻率之外衰減大約-15dB。

圖5作為功能塊示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ANC主動(dòng)噪聲控制和抗遮擋以及抗衰減處理系統(tǒng)。它有利地是由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)42實(shí)現(xiàn)的數(shù)字型ANC系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意，盡管這些圖被呈現(xiàn)為互連電路，但功能的實(shí)現(xiàn)基本是基于軟件的，這種表示僅是解說(shuō)性的。

我們?cè)谶@里還可以看到反饋支路(上文參考圖2已經(jīng)描述了其原理)，其利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(下文稱為“ADC”)44將由內(nèi)部麥克風(fēng)28所拾取的誤差信號(hào)e數(shù)字化。該數(shù)字化的誤差信號(hào)由濾波器46處理，然后由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(以下稱為“DAC”)48轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便由耳機(jī)10的腔22中的換能器18呈現(xiàn)。再現(xiàn)信號(hào)可能被組合成音頻信號(hào)M(例如音樂(lè)信號(hào)或當(dāng)電話功能有效時(shí)的遠(yuǎn)程說(shuō)話者的語(yǔ)音信號(hào))，該音頻信號(hào)M在通過(guò)ADC 50可能的轉(zhuǎn)換和在52中的均衡之后，在54中被組合到噪聲消除信號(hào)中用于由DAC 48轉(zhuǎn)換和由換能器18再現(xiàn)。

我們還可看到反饋支路(上文參考圖2已經(jīng)描述了其原理)，其利用ADC 56將由外部麥克風(fēng)32所拾取的信號(hào)數(shù)字化。數(shù)字化信號(hào)由濾波器58處理，然后在52中被組合到反饋支路的信號(hào)和可能存在的均衡的音頻信號(hào)中。

DSP 42還實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器(以下稱為“VAD”)60，其功能包括基于由傳感器提供的數(shù)字信號(hào)分析頭戴式耳機(jī)用戶的語(yǔ)音活動(dòng)，該傳感器可以是：

–內(nèi)部麥克風(fēng)28，和/或

–外部麥克風(fēng)32，和/或

–加速度計(jì)(生理傳感器)40。

語(yǔ)音活動(dòng)分析可實(shí)現(xiàn)已知類型的算法，例如在WO 2007/099222 A1(Parrot SA)和EP 2 772 916 A1(Parrot SA)中描述的算法，可以參考其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。這些算法根據(jù)被分析的信號(hào)實(shí)時(shí)地遞送針對(duì)被分析的數(shù)字信號(hào)的每個(gè)幀的語(yǔ)音的存在(或不存在)概率的值(包括在0和100％之間)。該概率的當(dāng)前值與給定的、預(yù)定的或動(dòng)態(tài)的閾值的比較允許為每個(gè)幀獲得被收集的信號(hào)中語(yǔ)音的存在/不存在的二元指示。

語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器60引導(dǎo)反饋46和前饋58濾波器，以便根據(jù)是否存在頭戴式耳機(jī)用戶的語(yǔ)音活動(dòng)(即，根據(jù)后者是否在說(shuō)話)、與遠(yuǎn)程說(shuō)話者的“免提”電話對(duì)話的典型的情況、或與物理地存在于附近的說(shuō)話者的對(duì)話來(lái)修改特性。

圖6是示出由設(shè)備收集的不同信號(hào)被組合在一起的方式以及應(yīng)用的傳遞函數(shù)的流程圖。

由外部麥克風(fēng)32(前饋麥克風(fēng)FF)拾取的信號(hào)由以下元素的組合形成：

–周圍的外部噪聲，在下面記為B；和

–由氣道傳輸?shù)挠脩粽Z(yǔ)音信號(hào)，記為Va。

由內(nèi)部麥克風(fēng)28(反饋麥克風(fēng)FB)拾取的信號(hào)由以下元件的組合形成：

–外部噪聲由頭戴式耳機(jī)的機(jī)械元件被動(dòng)衰減，即B*H_ext，H_ext是外部源與內(nèi)部麥克風(fēng)28之間的傳遞函數(shù)；

–語(yǔ)音信號(hào)，i)其中一部分，記為V_c，通過(guò)骨傳導(dǎo)傳播到耳道，以及ii)其另一部分V_a通過(guò)氣道傳輸并由頭戴式耳機(jī)的機(jī)械元件被動(dòng)衰減，即V_a*H_ext；和

–由換能器18產(chǎn)生的信號(hào)，組合均衡的音頻信號(hào)M和來(lái)自前饋58和反饋46濾波器的信號(hào)，前饋和反饋濾波器的傳遞函數(shù)將分別記為H_FF和H_FB。

此外，加速度計(jì)40在幾個(gè)軸上拾取來(lái)自下顎的微動(dòng)的信號(hào)A_m。

本發(fā)明的原理典型地在于根據(jù)語(yǔ)音活動(dòng)的存在或不存在來(lái)操作濾波器H_FB和H_FF的差異化調(diào)整，以便優(yōu)化操作。

首先，在存在話音活動(dòng)的情況下，建議操作對(duì)兩個(gè)反饋濾波器46和前饋濾波器58的調(diào)整，以：

–有利于通過(guò)骨傳導(dǎo)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)V_c的電平降低到這樣的電平，即，它將在沒(méi)有頭戴式耳機(jī)的情況下被聽(tīng)到，換句話說(shuō)，消除V_c；并且

–同時(shí)，通過(guò)對(duì)H_ext的影響的補(bǔ)償來(lái)消除與機(jī)械元件相關(guān)聯(lián)的被動(dòng)衰減，從而增加由氣道傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)V_a的電平，使得它將在沒(méi)有頭戴式耳機(jī)的情況下被聽(tīng)到。

針對(duì)第一種情況調(diào)整的濾波器H_FB和H_FF對(duì)將被記為H_FB1和H_FF1。

另一方面，在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)的情況下，將搜索：

–有利于通過(guò)另濾波器對(duì)H_FB和H_FF對(duì)H_ext的影響的補(bǔ)償，將外部噪聲B增加到這樣的等級(jí)，即如果用戶沒(méi)有佩戴頭戴式耳機(jī)則會(huì)感知到外部噪聲B。

針對(duì)第二種情況調(diào)整的濾波器對(duì)H_FB和H_FF將被標(biāo)記為H_FB2和H_FF2。

濾波器H_FB2和H_FF2必須保證：

–低于H_FB1和H_FF1對(duì)的嘶嘶聲的水平，通常是低至少10dB的水平；和

–對(duì)風(fēng)的抗擾度比對(duì)H_FB1和H_FF1的抗擾度更好，通常這樣的抗擾度使得信號(hào)/風(fēng)噪比SWNR提高至少12dB。

SWNR被定義為當(dāng)激活抗遮擋或衰減消除模式時(shí)由用戶感覺(jué)到或由內(nèi)部麥克風(fēng)測(cè)得的信號(hào)/風(fēng)噪比。

本發(fā)明基于對(duì)由反饋內(nèi)部麥克風(fēng)28拾取的信號(hào)和由前饋外部麥克風(fēng)32拾取的信號(hào)的區(qū)分。

事實(shí)上，前者對(duì)與通過(guò)骨傳導(dǎo)傳播到耳道的語(yǔ)音信號(hào)相關(guān)聯(lián)的低頻中的放大敏感，而與通道的遮擋相關(guān)的這種放大不被安裝在頭戴式耳機(jī)的外部部分上前饋外部麥克風(fēng)32感知。

從數(shù)學(xué)角度，它可被寫(xiě)成:

Ha是在換能器18和反饋麥克風(fēng)28之間的聲學(xué)傳遞函數(shù)，M是音頻信號(hào)。

通過(guò)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)獲得的結(jié)果由圖7a和7b中的箭頭示出，其分別是具有(以實(shí)線表示)和不具有(以虛線表示)允許以優(yōu)化的方式獲得抗遮擋和被動(dòng)衰減消除的效果的本發(fā)明的電子處理的在頭戴式耳機(jī)佩戴者的耳朵處拾取的語(yǔ)音和周圍噪聲的聲信號(hào)的頻譜。

為了衰減遮擋效應(yīng)(圖7a)，該處理應(yīng)用濾波器對(duì)H_FF1和H_FB1：反饋濾波器H_FB1有效地衰減這種遮擋效應(yīng)，并且前饋濾波器H_FF1操作i)再注入已被反饋濾波器衰減的外部噪聲和語(yǔ)音的低頻，此外ii)在較高的頻率中再注入已被頭戴式耳機(jī)的被動(dòng)機(jī)械元件衰減的這些聲音(圖7b)。

在該模式中(即在已檢測(cè)到用戶語(yǔ)音存在的情況下)，由于麥克風(fēng)的電噪聲導(dǎo)致的嘶嘶聲以及對(duì)風(fēng)的靈敏度高于在其他模式中的(即在沒(méi)有檢測(cè)到用戶語(yǔ)音的情況下)嘶嘶聲以及對(duì)風(fēng)的靈敏度。

另一方面，在沒(méi)有檢測(cè)到用戶的話音活動(dòng)的情況下，具有較低增益的濾波器對(duì)H_FB2和H_FF2將允許在可聽(tīng)頻率的整個(gè)頻帶上再注入外部聲音，其優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于H_FF1和H_FB1對(duì)具有更少的嘶嘶聲和更小的對(duì)風(fēng)的靈敏度。

現(xiàn)在將描述在頭戴式耳機(jī)用戶的檢測(cè)到的語(yǔ)音存在或不存在的情況下的兩個(gè)替代操作模式。

首先，將檢查VAD檢測(cè)到語(yǔ)音存在的情況。

然后，抗遮擋處理將包括如圖4a的曲線上所表征的遮擋效應(yīng)的消除。

為了衰減說(shuō)話者語(yǔ)音上的低頻的增加，通過(guò)如下設(shè)置反饋濾波器H_FB1使用反饋控制：

圖8用實(shí)線以幅度和相位示出了這種反饋濾波器的傳遞函數(shù)。

可以觀察到，濾波H_FB1在低頻中施加最大衰減增益，在該示例中，在100Hz和300Hz之間至少15dB的衰減增益，該衰減增益允許消除由骨傳導(dǎo)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)V_c。

濾波器H_FB1也對(duì)反饋ANC系統(tǒng)的一般約束作出響應(yīng)，即它在增益和相位上分配足夠的余量，使得系統(tǒng)因此通過(guò)防止任何振蕩效應(yīng)(Larsen效應(yīng))在所有使用條件下保持穩(wěn)定。

為了補(bǔ)償環(huán)境外部噪聲信號(hào)中的低頻的衰減并且改善在具有語(yǔ)音存在與不具有語(yǔ)音的模式之間的轉(zhuǎn)換，增加前饋控制H_FF1。

圖9以幅度和相位示出了這種前饋濾波器的圖。在該示例中，前饋在100Hz和300Hz之間具有至少10dB的增益。

現(xiàn)在將描述VAD檢測(cè)到不存在語(yǔ)音的情況。

然后，通過(guò)前饋控制，如圖4b的曲線上所表征的，抗遮擋處理僅包括外部噪聲的再注入。

前饋濾波器H_FF2根據(jù)以下表達(dá)式設(shè)置：

H_FF2＝H_a^-1·(1-H_ext) (2)

這種前饋濾波器的幅度和相位的圖在圖9中以虛線示出。在該示例中，濾波器具有對(duì)于低于1kHz的頻率至多8dB的增益。

添加反饋濾波器H_FB2的控制，以便少產(chǎn)生些諸如由佩戴頭戴式耳機(jī)的用戶的身體運(yùn)動(dòng)、呼吸、心跳等所產(chǎn)生的那些影響之類的麻煩。

用于該目的的反饋濾波器H_FB2被特別選擇用于被動(dòng)衰減消除模式。與前饋控制H_FF2組合的該反饋控制的期望性能是將由內(nèi)部麥克風(fēng)28測(cè)得的響應(yīng)上的低頻(低于1kHz)減小約5dB，以便在這種模式下使“用戶體驗(yàn)”更舒適。

在圖8所示的示例中，以虛線所示，反饋濾波器H_FB2的增益對(duì)于包括在200Hz和1kHz之間的頻率至多為5dB。應(yīng)當(dāng)注意，在包括100Hz與300Hz之間的區(qū)域中，在沒(méi)有語(yǔ)音的情況下使用的反饋濾波器H_FB2的增益尤其低于在存在語(yǔ)音的情況下使用的反饋濾波器H_FB1的增益至少15dB。

現(xiàn)在將解釋本發(fā)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施例，該實(shí)施例實(shí)現(xiàn)避免對(duì)于用戶可感知的嘶嘶聲的發(fā)生的自適應(yīng)濾波。

因此，如上所述，抗遮擋自適應(yīng)系統(tǒng)將不僅能夠自動(dòng)適應(yīng)頭戴式耳機(jī)用戶的語(yǔ)音的存在或不存在的情況，而且能夠根據(jù)環(huán)境噪聲的性質(zhì)和等級(jí)自動(dòng)適應(yīng)。

事實(shí)上，上文所述的技術(shù)和給出H_FF的等式的應(yīng)用使得頭戴式耳機(jī)的被動(dòng)衰減H_ext越高，前饋濾波支路中應(yīng)用的增益就越高，因此當(dāng)用戶處于平靜環(huán)境中時(shí)，嘶嘶聲(即恢復(fù)鏈固有的電噪聲)可能變得可聽(tīng)到，而在更吵鬧的環(huán)境中，外部噪聲掩蓋了固有的電噪聲，并且嘶嘶聲不被感知。

為了補(bǔ)償這個(gè)缺點(diǎn)，通過(guò)根據(jù)外部噪聲的自適應(yīng)調(diào)整來(lái)完成根據(jù)本發(fā)明調(diào)整的前饋濾波H_FF是有利的：如果被給出H_FF的上述等式的應(yīng)用所需的增益使得電噪聲變得可感知，則適配算法將向下調(diào)整平靜環(huán)境中的增益，并且一旦外部環(huán)境聲學(xué)噪聲足以掩蓋恢復(fù)鏈的固有電噪聲時(shí)，該適配算法將在更吵鬧的環(huán)境中恢復(fù)該增益。

圖10示意性地示出了作為功能塊的允許目的在于根據(jù)環(huán)境噪聲的類型和等級(jí)動(dòng)態(tài)地適配抗遮擋處理的該改進(jìn)的實(shí)現(xiàn)的主要元件。

被實(shí)現(xiàn)的不同的元件與上文參考圖5和圖6示出和描述的那些元件相同，此外，還具有接收由反饋分支的內(nèi)部麥克風(fēng)28產(chǎn)生的信號(hào)作為輸入，并且將控制信號(hào)作為輸出傳送到向前饋濾波器H_FF 58的附加的功能塊64。

該功能塊64可通過(guò)對(duì)與具有非常低的延遲(幾毫秒的延遲)的ADC和DAC組件相關(guān)聯(lián)的DSP 42的適當(dāng)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而允許使用高效的數(shù)字濾波操作。

前饋濾波58的自適應(yīng)調(diào)整可非常有利地通過(guò)實(shí)時(shí)切換在塊58內(nèi)實(shí)現(xiàn)的多個(gè)(X個(gè))預(yù)定的濾波配置中選擇的特定濾波配置來(lái)獲得，這些X個(gè)濾波器中的每一個(gè)濾波器允許獲得或多或少的強(qiáng)衰減以便于當(dāng)嘶嘶聲不能被周圍的外部噪聲掩蓋時(shí)根據(jù)需要減少嘶嘶聲的水平。

應(yīng)當(dāng)注意，數(shù)字系統(tǒng)的選擇允許容易地對(duì)大量的濾波器進(jìn)行編程(與模擬系統(tǒng)不同，在模擬系統(tǒng)中大量的電子組件將必需具有這種等效)，并且最重要的是能夠集成(例如狀態(tài)機(jī)類型的)算法智能，從而允許實(shí)時(shí)分析信號(hào)并且以將提供更好的衰減/嘶嘶折衷的濾波器的非常短的響應(yīng)時(shí)間來(lái)切換濾波器的算法智能。

此外，應(yīng)當(dāng)注意，重要的是，在不同的可選擇的濾波器之間的切換是基于內(nèi)部麥克風(fēng)28拾取的信號(hào)操作的，因?yàn)槭撬?而不是外部麥克風(fēng)32)在用戶的耳朵附近向該ANC系統(tǒng)提供用戶真正感知到的殘留噪聲的映像，尤其將耳機(jī)外殼的內(nèi)部和外部之間的可能的聲音泄漏考慮在內(nèi)：在前饋支路58的不同的濾波器之間的切換(其目的在于優(yōu)化衰減/嘶嘶聲折衷)將因此取決于頭戴組件耳機(jī)的前腔22內(nèi)部的頻譜級(jí)和頻譜內(nèi)容。

圖11更確切地示出了在CTRL(控制)塊64中實(shí)現(xiàn)的用于信號(hào)分析和前饋支路58的濾波器的選擇的元件。

由內(nèi)部麥克風(fēng)28收集的數(shù)字化信號(hào)e通過(guò)濾波器66的電池(例如，濾波器1將能夠是低通濾波器，濾波器2是帶通濾波器等)進(jìn)行頻率分解，以便在68中計(jì)算該信號(hào)e在其N個(gè)頻率分量中的每一個(gè)分量中的能量Rms_i。

具體地，在通過(guò)音頻頭戴式耳機(jī)的主動(dòng)噪聲控制的框架中，能夠經(jīng)由周圍噪聲的“顏色”的頻譜分析來(lái)研究周圍噪聲的“顏色”以區(qū)分各種顯著情況是非常有用的：例如，對(duì)于在諸如運(yùn)輸工具(飛機(jī)、火車)的嘈雜環(huán)境中的頭戴組件的使用，低頻和高頻之間的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在諸如辦公室的更清靜的環(huán)境中更重要。然后有可能確定低于100Hz的信號(hào)的功率Rms₁，大約800Hz的信號(hào)的功率Rms₂等。

所獲得的值Rms₁，Rms₂...Rms_N被應(yīng)用于狀態(tài)機(jī)70，該狀態(tài)機(jī)70將這些能量值與相應(yīng)的閾值進(jìn)行比較，并且根據(jù)這些比較來(lái)確定必須從前饋支路58選擇的X個(gè)濾波器以實(shí)時(shí)地修改防遮擋處理的傳遞函數(shù)H_FF的濾波系數(shù)。

圖12更確切地示出了該狀態(tài)機(jī)70的操作方式。

狀態(tài)機(jī)根據(jù)能量Rms₁、Rms₂…Rms_N的當(dāng)前水平以及音頻信號(hào)的存在與否(例如音樂(lè)(其由揚(yáng)聲器18呈現(xiàn)的信號(hào)也由內(nèi)部麥克風(fēng)28來(lái)呈現(xiàn)))，來(lái)決定是否需要修改傳遞函數(shù)H_FF，因?yàn)樗幵诔跏紶顟B(tài)。

音樂(lè)信號(hào)的存在或不存在(測(cè)試72)是從呈現(xiàn)鏈提供的指示符推導(dǎo)出的(例如與存在于旨在用于音樂(lè)的路徑上的信號(hào)的閾值的簡(jiǎn)單比較)。在存在音樂(lè)的情況下，此后將被使用的閾值被調(diào)整為不同的相應(yīng)值(框74、74')，以考慮音樂(lè)對(duì)由抗遮擋控制和被動(dòng)衰減消除引入的電氣嘶嘶聲的感知起掩蔽作用作為外部噪聲的事實(shí)。

如果當(dāng)前能量水平Rms₁、Rms₂…Rms_N低于相應(yīng)的預(yù)定的閾值(測(cè)試76)：

Rms₁<閾值(1,1)&&Rms₂<閾值(2,1)&&...&&Rms_N<閾值(N,1)，

則該算法認(rèn)為外部噪聲較低，這需要對(duì)濾波器H_FF的調(diào)適(框78)。

在相反情況中，即，如果前述條件未被驗(yàn)證，則執(zhí)行新的比較(測(cè)試76')：

Rms₁<閾值(1,2)&&Rms₂<閾值(2,2)&&...&&Rms_N<閾值(N,2)

其使用更高的閾值，即，閾值(1,2)>閾值(1,1),閾值(2,2)>閾值(2,1)...閾值(N,2)>閾值(N,1)。

如果后一個(gè)測(cè)試是肯定的，則修改濾波器H_FF(框78')，但是使用不同于前一種情形的參數(shù)。

在否定的情況下，算法以相同的方式(測(cè)試76"、方框78"等等)以逐漸更高的閾值迭代地繼續(xù)。

然后有可能確定對(duì)應(yīng)于多個(gè)電平/類型的外部噪聲的濾波器H_FF的X個(gè)配置，該算法在用于前饋支路58的X個(gè)可選擇的濾波器中選擇最佳濾波器H_FF，其原理是應(yīng)用引入不可察覺(jué)的嘶嘶聲的前饋濾波器，同時(shí)接近由上文給出的等式(2)定義的最接近H_FF的值。

最后將注意到，剛剛使用其不同的可能實(shí)現(xiàn)描述的本發(fā)明的技術(shù)與作用于反饋和前饋控制環(huán)路的傳遞函數(shù)H_FB和/或H_FF的其他技術(shù)完全兼容。

如在上述EP 2 930 942 A1中描述的“防撲”型的功能，之后有可能使用上述噪聲抑制(ANR)和抗遮擋(AOC)的功能的補(bǔ)充。

該技術(shù)目的在于抵消在頭戴式耳機(jī)的操縱期間或當(dāng)用戶劇烈地行走或跑步時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象：頭戴式耳機(jī)的移動(dòng)于是在耳機(jī)的前腔中產(chǎn)生突然的超壓。這些超壓由內(nèi)部麥克風(fēng)拾取并轉(zhuǎn)換成反饋支路的輸入信號(hào)的雜散峰值，伴隨因換能器造成的濾波器的飽和產(chǎn)生可聽(tīng)信號(hào)或“撲嗵聲”作為輸出，這對(duì)于用戶而言是不滿意的。

為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，DSP同時(shí)分析由內(nèi)部麥克風(fēng)傳送的麥克風(fēng)信號(hào)和由生理傳感器傳送的加速度計(jì)信號(hào)，以便臨時(shí)地和選擇性地切換提供在反饋ANC濾波器上游的抗飽和濾波器，以便將作為該反饋濾波器的輸入施加的信號(hào)的電平恢復(fù)到與該反饋濾波器的正常操作兼容的電平。關(guān)于實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，可以參考上述文件。